CN116555882A - 一种用于圆弧状试样的电解抛光装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于圆弧状试样的电解抛光装置及方法，包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器上设置有电解抛光池；所述电解抛光池内的底部设置有磁子；所述电解抛光池的内侧壁设置有阴极铅板，所述阴极铅板为空心圆柱体，所述阴极铅板通过导线连接直流电源的负极；所述电解抛光池的开口一端设置有盖板；所述盖板设置有通孔；所述盖板的通孔设置有对中固定圈；所述对中固定圈用于固定圆弧状试样；所述圆弧状试样通过导线连接直流电源的正极。本发明的电解抛光装置成本低廉、方便携带、受环境影响小、耗材耐久度延长、操作简单方便，并解决现有圆弧状试样的圆弧面以及指定位置减薄困难的情况，同时避免了机械减薄时引入残余应力、塑性变形层的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电解抛光技术领域，尤其涉及一种用于圆弧状试样的电解抛光装置及方法。
背景技术
电解抛光的基本原理是在一定的电解液中以金属材料作为阳极，在金属表面的氧化膜中同时进行生成和溶解的这一矛盾过程。根据粘膜理论可知，被溶解金属与电解液之间会形成一层粘性液膜，当这层液膜位于零件表面低凹处时，它具有较高的电阻和较小的电导率，阻碍工件表面低凹处放电，相反毛刺等因凸起导致通电后电力线高度集中。因此，在一定电解条件下，试样表面微凸部分的溶解比凹陷处来的快，从而达到试样表面由粗糙变得平坦光亮的效果。通过控制电解抛光时间、温度以及电流密度可以获得理想的表面效果。
对梯度纳米结构金属进行力学性能的测试，需要制备出减薄至不同尺寸的圆弧状试样。试样的表面状态对试验结果有一定的影响，传统的机械抛光由于宏观的“切削力”以及“切削热”的影响，在工件表面会引入一定的残余应力以及塑性变形层，进而影响试验结果。而电解抛光不存在上述情况，且其阳极溶解不存在方向性问题，因此表面质量在各个方向上大体相同，较易获得指定尺寸的拉伸试样；目前，便携式的电解抛光装置主要针对小平面试样，对于圆弧状大面积试样缺乏有效手段。
由于需要精确测量减薄的尺寸，需要对圆弧状试样进行多次减薄，且圆弧状试样需要对指定位置进行减薄。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种用于圆弧状试样的电解抛光装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于圆弧状试样的电解抛光装置，包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器上设置有电解抛光池；所述电解抛光池内的底部设置有磁子；所述电解抛光池的内侧壁设置有阴极铅板，所述阴极铅板为空心圆柱体，所述阴极铅板通过导线连接直流电源的负极；所述电解抛光池的开口一端设置有盖板；所述盖板设置有通孔；所述盖板的通孔设置有对中固定圈；所述对中固定圈用于固定圆弧状试样；所述圆弧状试样通过导线连接直流电源的正极。
进一步地，所述圆弧状试样通过导线连接直流电源的正极；还包括铜口夹，所述铜口夹用于夹持圆弧状试样，且铜口夹通过导线连接直流电源的正极。
进一步地，所述对中固定圈为聚四氟乙烯制件。
进一步地，所述磁子转速为100-1500RPM。
一种基于权利要求1所述装置的电解抛光方法，包括以下步骤：
(1)将圆弧状试样浸没在无水乙醇中使用超声清洗，取出后用清水清洗并晾干；
(2)将晾干后的圆弧状试样穿过带孔的盖板，并用对中固定圈固定，通过铜口夹夹持圆弧状试样的一端，向电解抛光池中加入电解液，保证圆弧状试样的减薄部分完全浸没于电解液中，对圆弧状试样进行第一次电解抛光；
(3)取出圆弧状试样，重复步骤(1)，再对圆弧状试样进行机械减薄，用于去除过渡段表面的由于过度腐蚀造成的影响，机械减薄的厚度为1-2μm；
(4)将圆弧状试样对调，即铜口夹夹持圆弧状试样的另一端，再次进行电解抛光；
(5)重复步骤(1)-步骤(4)，直至减薄至目标尺寸；
其中，所述步骤(2)中，在电解抛光之前，使用环氧树脂胶水保护圆弧状试样的非减薄部分，并使用绝缘胶带密封。
进一步地，所述步骤(3)中，机械减薄具体为：依次使用2000#、2500#、3000#的碳化硅砂纸对圆弧状试样的减薄部分进行打磨，直至去除所有磨痕为止，使用W2.5与W0.5的金刚石抛光膏对圆弧状试样的减薄部分进行抛光，直至圆弧状试样的减薄部分的表面呈现出光亮镜面。
进一步地，通过控制电解抛光的电压、电流密度、圆弧状试样的对调次数、温度和时间相匹配，确保减薄至目标尺寸且具有光亮的表面。
进一步地，所述步骤(2)或步骤(4)中，电解抛光的电压为6-8V，电解抛光的电流密度为10～25A/cm2。
进一步地，所述电解液为磷酸-硫酸-铬酐混合电解液、磷酸-柠檬酸混合电解液以及硫酸、磷酸、氢氟酸及甘油或类似化合物组成的混合电解液。
进一步地，电解抛光的减薄速率为1～10μm/min。
本发明的有益效果为：
本发明与现有的单一抛光方式相比，整合两种抛光方式，抛光质量良好，减薄速率稳定，减薄速率的范围为1～10μm/min、修正圆度，椭圆度可不超过0.01mm、粗糙度不超过Ra0.2μm。
本发明电解抛光装置成本低廉、方便携带、受环境影响小、耗材耐久度延长、操作简单方便。
本发明用以解决现有圆弧状试样的圆弧面以及指定位置减薄困难的情况，同时避免了机械减薄时引入残余应力、塑性变形层的问题。
附图说明
图1为本发明的电解抛光装置示意图；
图2为本发明的电解抛光装置3D图；
图3为本发明的电解抛光装置实际应用示意图；
图4为本发明的电解抛光装置的溶解曲线图；图中，横坐标代表时间，纵坐标代表减薄尺寸；电解抛光减薄的金属材料为316L不锈钢。
图5为本发明的电解抛光装置的减薄精度图；图中，横坐标代表试样个数，纵坐标代表具体直径尺寸；
图6为本发明的电解抛光装置抛光后的实际效果图；
图中：1-电解抛光池，2-盖板、3-对中固定圈，4-铜口夹，5-狗骨形圆棒拉伸试样,6-圆筒形铅板，7-磁力搅拌器，8-磁子、9-直流电源。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
一种用于圆弧状试样的电解抛光装置，如图1至图3所示，包括电解抛光池1、盖板2、对中固定圈3、铜口夹4、圆弧状试样5、阴极铅板6、磁力搅拌器7、磁子8、直流电源9；
所述磁力搅拌器7上设置有电解抛光池1；所述电解抛光池1内的底部设置有磁子8；所述电解抛光池1的内侧壁设置有阴极铅板6，所述阴极铅板6为空心圆柱体，所述阴极铅板6通过导线连接直流电源9的负极；所述电解抛光池1的开口一端设置有盖板2；所述盖板2设置有通孔；所述盖板2的通孔设置有对中固定圈3；所述对中固定圈3用于固定圆弧状试样5；所述圆弧状试样5通过导线连接直流电源9的正极。具体的，所述对中固定圈3为聚四氟乙烯制件。其中盖板2可拆卸，且盖板2的通孔在插入试样后仍保留空隙，可以实现在电解抛光过程中实时补充电解液，保证液面高于所需电解的部位。
在一实施例中，其中，圆弧状试样5通过导线连接直流电源9的正极；还可以设置铜口夹4，所述铜口夹4用于夹持圆弧状试样5，且铜口夹4通过导线连接直流电源9的正极，保证电解过程中电路的稳定性。
所述对中固定圈3有两个，分别作用于盖板2上方和下方，用于在圆弧状试样5与盖板2之间的固定，使圆弧状试样5在电解抛光池1中保持竖直状态、调整圆弧状试样5浸没在电解抛光池1中的位置；
所述阴极铅板6为空心圆柱体，即两端开口的管状结构，使圆弧状试样5减薄效果均匀一致、精度高，满足实际要求；所述阴极铅板6竖直放置于电解抛光池1中，阴极铅板6与导线缠绕连接，导线的另一端连接直流电源9的负极；
所述磁力搅拌器7用于驱动电解抛光池1中的磁子8进行旋转运动，磁子8的转速范围为100-1500RPM；优选的，磁子8转速设置为300RPM；
所述直流电源9用于给后端负载提供稳定的电压或电流，满足不同测试需求。
本发明的一种用于圆弧状试样的电解抛光方法，所述圆弧状试样采用狗骨形圆棒拉伸试样，材料为316L不锈钢，如图6所示，该试样的过渡段和平行段为减薄部分，夹持段为非减薄部分；该电解抛光方法包括以下步骤：
S1、室温下，狗骨形圆棒拉伸试样在无水乙醇中使用超声清洗15min，取出后用清水清洗并自然晾干；
S2、将晾干后的圆弧状试样穿过带孔的盖板，并用对中固定圈固定，通过铜口夹夹持狗骨形圆棒拉伸试样的一端，向电解抛光池中加入电解液(本实施例的电解液采用不锈钢专用电解液，其主要成分为磷酸-硫酸-铬酐混合电解液)，保证狗骨形圆棒拉伸试样的过渡段和平行段(平行段的原始直径为6.6mm)完全浸没于电解液中，室温下对狗骨形圆棒拉伸试样的过渡段和平行段进行第一次电解抛光，电流密度25A/cm2，电压6-8V，减薄速率为5μm/min，第一次抛光时间20min(即抛光100μm)，将狗骨形圆棒拉伸试样的平行段抛光至距离目标直径(平行段的目标直径为6.3mm)200μm，过渡段尺寸对拉伸力学性能影响较小，重点关注平行段，故过渡段直径不做统计；
S3、取出狗骨形圆棒拉伸试样，重复步骤S1，对狗骨形圆棒拉伸试样进行机械减薄，用于去除过渡段和平行段表面的由于过度腐蚀造成的影响，机械减薄厚度约1-2μm停止；
S4、将狗骨形圆棒拉伸试样对调，即铜口夹夹持圆弧状试样的另一端，由于磁子搅拌的影响，不同深度的电解液流速有一定差别，所以间隔一定时间对其上下端对调，用于保证电解过程的均匀性。在室温下进行第二次电解抛光，电流密度25A/cm2，电压6-8V，减薄速率为5μm/min，抛光时间20min；将狗骨形圆棒拉伸试样的平行段抛光至距离目标直径100μm；
S5、重复上述步骤S3；
S6、将狗骨形圆棒拉伸试样再次对调，即铜口夹夹持圆弧状试样的另一端，在室温下进行第三次电解抛光，电流密度25A/cm2，电压6-8V，减薄速率为5μm/min，将狗骨形圆棒拉伸试样的平行段抛光至距离目标直径(6.3mm)1-2μm；
S7、重复上述步骤S3，直至平行段减薄至目标直径。如图4至图6所示。
激光测径仪可以精确测量至微米级，在机械减薄后或电解减薄后可以激光测径仪来确定试样减薄后的尺寸，以减小误差。
所述步骤S2中，在电解抛光之前，狗骨形圆棒拉伸试样使用环氧树脂胶水保护夹持段，使用绝缘胶带密封。其中环氧树脂胶水与绝缘胶带密封保证拉伸试样浸没在电解池中的夹持段不与电解液发生反应，从而实现对指定目标位置进行精确电解抛光。
所述步骤S2中，由于过腐蚀的影响，所得到电解抛光表面存在凹坑，需要在步骤S3中使用机械减薄去除凹坑。
所述步骤S3中机械减薄：依次使用2000#、2500#、3000#的碳化硅砂纸对狗骨形圆棒拉伸试样的过渡段和平行段进行打磨，直至去除所有磨痕为止，使用W2.5与W0.5的金刚石抛光膏对狗骨形圆棒拉伸试样的过渡段和平行段进行抛光，直至狗骨形圆棒拉伸试样表面呈现出光亮镜面。
所述室温指的是10-20℃；本实施例通过控制电解抛光的电压、电流密度、狗骨形圆棒拉伸试样的对调次数、温度和时间相匹配，确保减薄至目标尺寸且具有光亮的表面。
在一些实施例中，电解抛光的电压为6-8V，所述电解抛光的电流密度为10～25A/cm2，减薄速率为1～10μm/min，电解抛光时间根据减薄厚度以及对应的减薄速率进行计算。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种用于圆弧状试样的电解抛光装置，其特征在于，包括磁力搅拌器(7)，所述磁力搅拌器(7)上设置有电解抛光池(1)；所述电解抛光池(1)内的底部设置有磁子(8)；所述电解抛光池(1)的内侧壁设置有阴极铅板(6)，所述阴极铅板(6)为空心圆柱体，所述阴极铅板(6)通过导线连接直流电源(9)的负极；所述电解抛光池(1)的开口一端设置有盖板(2)；所述盖板(2)设置有通孔；所述盖板(2)的通孔设置有对中固定圈(3)；所述对中固定圈(3)用于固定圆弧状试样(5)；所述圆弧状试样(5)通过导线连接直流电源(9)的正极。
2.根据权利要求1所述的一种电解抛光装置，其特征在于，所述圆弧状试样(5)通过导线连接直流电源(9)的正极；还包括铜口夹(4)，所述铜口夹(4)用于夹持圆弧状试样(5)，且铜口夹(4)通过导线连接直流电源(9)的正极。
3.根据权利要求1所述的一种电解抛光装置，其特征在于，所述对中固定圈(3)为聚四氟乙烯制件。
4.根据权利要求1所述的一种电解抛光装置，其特征在于，所述磁子转速为100-1500RPM。
5.一种基于权利要求1所述装置的电解抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将圆弧状试样浸没在无水乙醇中使用超声清洗，取出后用清水清洗并晾干；
(2)将晾干后的圆弧状试样穿过带孔的盖板，并用对中固定圈固定，通过铜口夹夹持圆弧状试样的一端，向电解抛光池中加入电解液，保证圆弧状试样的减薄部分完全浸没于电解液中，对圆弧状试样进行第一次电解抛光；
(3)取出圆弧状试样，重复步骤(1)，再对圆弧状试样进行机械减薄，用于去除过渡段表面的由于过度腐蚀造成的影响，机械减薄的厚度为1-2μm；
(4)将圆弧状试样对调，即铜口夹夹持圆弧状试样的另一端，再次进行电解抛光；
(5)重复步骤(1)-步骤(4)，直至减薄至目标尺寸；
其中，所述步骤(2)中，在电解抛光之前，使用环氧树脂胶水保护圆弧状试样的非减薄部分，并使用绝缘胶带密封。
6.根据权利要求5所述的电解抛光方法，其特征在于，所述步骤(3)中，机械减薄具体为：依次使用2000#、2500#、3000#的碳化硅砂纸对圆弧状试样的减薄部分进行打磨，直至去除所有磨痕为止，使用W2.5与W0.5的金刚石抛光膏对圆弧状试样的减薄部分进行抛光，直至圆弧状试样的减薄部分的表面呈现出光亮镜面。
7.根据权利要求5所述的电解抛光方法，其特征在于，通过控制电解抛光的电压、电流密度、圆弧状试样的对调次数、温度和时间相匹配，确保减薄至目标尺寸且具有光亮的表面。
8.根据权利要求5所述的电解抛光方法，其特征在于，所述步骤(2)或步骤(4)中，电解抛光的电压为6-8V，电解抛光的电流密度为10～25A/cm2。
9.根据权利要求5所述的电解抛光方法，其特征在于，所述电解液为磷酸-硫酸-铬酐混合电解液、磷酸-柠檬酸电解液、以及硫酸、磷酸、氢氟酸及甘油或类似化合物组成的混合电解液。
10.根据权利要求5所述的电解抛光方法，其特征在于，电解抛光的减薄速率为1～10μm/min。
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| CN202310588712.9A CN116555882A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种用于圆弧状试样的电解抛光装置及方法 |
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| CN202310588712.9A CN116555882A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种用于圆弧状试样的电解抛光装置及方法 |
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2023
- 2023-05-23 CN CN202310588712.9A patent/CN116555882A/zh active Pending
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